常亞洲， 邊 愷， 潘海濤， 李玄浩， 伊瑞涯， 孫戰(zhàn)勝， 趙洪滿

（1. 中國一拖集團有限公司，河南 洛陽 471033； 2. 中機建工有限公司，北京 100083）

0 引言

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與各行業(yè)的深度融合，帶來制造模式、服務(wù)模式、生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和產(chǎn)業(yè)分工格局不斷變革，全球創(chuàng)新體系也隨之轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新載體從單個企業(yè)向跨領(lǐng)域多主體協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新流程從線性鏈?zhǔn)较騾f(xié)同并行轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新模式由單一技術(shù)創(chuàng)新向技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)模式創(chuàng)新相結(jié)合轉(zhuǎn)變[1]。而具有跨界、融合、協(xié)同特征的新型創(chuàng)新載體?工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)正在形成。農(nóng)業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是基于農(nóng)機全產(chǎn)業(yè)鏈傳感矩陣的人工智能大數(shù)據(jù)決策體系，圍繞智能農(nóng)業(yè)機械全生命周期管理相關(guān)需求開發(fā)，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能制造技術(shù)、共享經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)裝備相結(jié)合，研發(fā)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能感知系統(tǒng)，通過各類傳感器、探測器、北斗終端等實現(xiàn)農(nóng)機、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的對接，為農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈提供大數(shù)據(jù)支撐。平臺圍繞智能農(nóng)業(yè)機械完成基礎(chǔ)系統(tǒng)搭建，農(nóng)機電控信號和總線信號收集、傳輸、存儲、展示，以及基本的作業(yè)統(tǒng)計、報表分析等，將內(nèi)外平臺對接，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺與各系統(tǒng)對接，將產(chǎn)品外部數(shù)據(jù)與企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)打通，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)直接服務(wù)于研發(fā)、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、市場營銷等環(huán)節(jié)，整合需求與服務(wù)，推動商業(yè)模式變革。

1 必要性

1.1 新技術(shù)發(fā)展演進結(jié)果

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industry Internet）的概念最早由GE于2012 年提出。隨后，GE 聯(lián)合IBM、思科、英特爾和AT&T 組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（ Industry Internet Consortium，IIC），將這個概念大力推廣開來。IIC 指出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是物聯(lián)網(wǎng)、機器、計算機和人員的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它通過使用高級數(shù)據(jù)分析驅(qū)動業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)智能工業(yè)運營，體現(xiàn)了全球工業(yè)生態(tài)體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念一經(jīng)提出后，立即在全球引起了極大的關(guān)注[2]。為了占據(jù)新一輪工業(yè)革命的制高點，美國、德國、日本等工業(yè)強國先后將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提升到了國家戰(zhàn)略層面，紛紛布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，加快推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。2017 年11 月，國務(wù)院印發(fā)了《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，正式推出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略?！熬W(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)、平臺是核心、安全是保障”被視為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中的3 大要素[3]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺成為促進我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要驅(qū)動，是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石[4]。

1.2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級需要

服務(wù)型制造能力成為決定制造企業(yè)競爭力的關(guān)鍵及利潤主要來源，傳統(tǒng)制造企業(yè)必須將業(yè)務(wù)重心從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)移，適應(yīng)全球制造業(yè)發(fā)展是制造業(yè)服務(wù)化，即以生產(chǎn)過程為主向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的趨勢。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能越來越深入的拓展到農(nóng)業(yè)機械、工程機械、動力系統(tǒng)、物流、家居、軍工等行業(yè)。各大企業(yè)或科研院所也在借助物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實現(xiàn)向服務(wù)型企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。以農(nóng)機裝備檢修為例，傳統(tǒng)的農(nóng)機檢修服務(wù)模式是農(nóng)機故障?機主報修?人工調(diào)度配件?專業(yè)人員維修?農(nóng)機恢復(fù)正常，其流程長、效率低，在農(nóng)忙時節(jié)更是成本代價高。廣大農(nóng)機用戶也不再滿足簡單的“三包”服務(wù)、換件、故障維修培訓(xùn)等，轉(zhuǎn)而向智能化、信息化的故障自動診斷、自動報警、預(yù)測性維護等更高層次的平臺化遠程運維服務(wù)轉(zhuǎn)變。

1.3 支撐農(nóng)機裝備跨越提升

近年來，國外農(nóng)機裝備廣泛采用數(shù)字化設(shè)計與柔性化制造等組合技術(shù)，通過精準(zhǔn)化和智能化控制、大型化聯(lián)合復(fù)式作業(yè)等，引領(lǐng)農(nóng)機裝備向智能化、環(huán)?；?、多功能方向發(fā)展。目前，我國農(nóng)機制造水平穩(wěn)步提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已從主要依靠人力畜力轉(zhuǎn)向主要依靠機械動力，進入了機械化為主導(dǎo)的新階段。但與發(fā)達國家相比，我國的農(nóng)機裝備還有很大差距，并面臨在信息化、智能化應(yīng)用方面差距拉大的嚴峻挑戰(zhàn)。一是從現(xiàn)代農(nóng)機技術(shù)體系構(gòu)建方面來看，國際競爭及我國復(fù)雜的農(nóng)情決定了不能再靠簡單引進來推動我國農(nóng)機產(chǎn)業(yè)發(fā)展，必須因地制宜構(gòu)建自主可控的農(nóng)機產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系，充分利用國家戰(zhàn)略契機，實現(xiàn)農(nóng)機制造技術(shù)和裝備水平提升。二是從農(nóng)機裝備有效供給方面來說，我國現(xiàn)有農(nóng)機裝備在品種種類、全程全面機械化、適合地域條件和特色作物農(nóng)機裝備供給等方面亟待提升，與美國7 000 多種農(nóng)機相比，我國目前僅有4 000 多種，且主要集中在大宗糧食作物，特殊地域、特色作物等領(lǐng)域幾乎空白。三是從現(xiàn)代農(nóng)機裝備產(chǎn)品性能方面來講，我國農(nóng)機產(chǎn)品性能方面處于中低端，在技術(shù)性能、制造水平、應(yīng)用效能等方面與國外存在較大的差距，國外拖拉機產(chǎn)品廣泛采用電子控制系統(tǒng)、自動導(dǎo)航技術(shù)、線控技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和液壓技術(shù)等高新技術(shù)。四是從現(xiàn)代農(nóng)機產(chǎn)品可靠性方面來對比，國內(nèi)產(chǎn)品可靠性難以滿足用戶需要。農(nóng)機屬于季節(jié)性、高強度作業(yè)機械，可靠性直接關(guān)系到農(nóng)時搶收、搶種的結(jié)果，影響用戶的切身利益。我國拖拉機、聯(lián)合收割機等標(biāo)志性產(chǎn)品的平均故障間隔時間（MTBF）不到國際先進企業(yè)同類產(chǎn)品的2/3，達到國際領(lǐng)先水平的產(chǎn)品不到5%，難以滿足廣大農(nóng)機用戶對農(nóng)機的使用需求。

2 技術(shù)思路

農(nóng)業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)要結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備特點，以物聯(lián)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)為手段，逐步擴展到數(shù)控加工中心等裝備數(shù)據(jù)應(yīng)用，獲取海量數(shù)據(jù)，建設(shè)基于現(xiàn)代農(nóng)機裝備監(jiān)控及運維管理系統(tǒng)平臺（包括APP 體系），逐步增加機理模型和人工智能算法，實現(xiàn)定位查找、狀態(tài)監(jiān)控、作業(yè)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、快速服務(wù)、預(yù)警報警、報障報修等功能，實現(xiàn)智能裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化，建立智能裝備運行管理及全方位服務(wù)的大平臺創(chuàng)新生態(tài)，為提升產(chǎn)品品質(zhì)、實施產(chǎn)品全壽命周期管理、提高服務(wù)品質(zhì)和服務(wù)效率、發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)揮重要作用?；谠破脚_，開發(fā)一套智能北斗終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析模型庫及邊緣計算模塊；推廣使用智能裝備大數(shù)據(jù)管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺工業(yè)APP；建設(shè)一個智能裝備大數(shù)據(jù)管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。

2.1 建立1 套平臺體系

平臺標(biāo)準(zhǔn)體系包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用接入標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)管理流程規(guī)范、安全運維標(biāo)準(zhǔn)等，如圖1 所示。從建設(shè)（數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)應(yīng)用接入標(biāo)準(zhǔn)）與使用（業(yè)務(wù)管理流程規(guī)范、安全運維標(biāo)準(zhǔn)）兩個方面提供標(biāo)準(zhǔn)化的指導(dǎo)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用的全生命周期提供標(biāo)準(zhǔn)支撐。

圖1 平臺標(biāo)準(zhǔn)體系Fig. 1 Platform standard system

2.2 建立2 個門戶

2 個門戶包括PC 門戶和移動門戶，如圖2 所示。PC門戶為用戶提供服務(wù)，可能由1 到多個具體的門戶組成，分別服務(wù)于個人、機構(gòu)、專用主題的應(yīng)用使用需要。移動門戶則為移動端提供服務(wù)，包括使用者的注冊、能力申請與使用、應(yīng)用上架與運營，PC 端的所有功能在移動端都能實現(xiàn)。

圖2 平臺2 個門戶框架Fig. 2 Frame of two portals of platform

2.3 建立3 個中臺

3 個中臺包括技術(shù)中臺、數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺，從應(yīng)用服務(wù)管理、數(shù)據(jù)資源管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用管理3 個方面為應(yīng)用提供服務(wù)層、數(shù)據(jù)層及展示層的接入與共享支撐，如圖3 所示。每個中臺都需要體現(xiàn)體系建設(shè)中的工作內(nèi)容，體現(xiàn)與整體框架之間的關(guān)系。

圖3 平臺3 個中臺框架Fig. 3 Frame of three middle platforms of platform

2.4 建立N 個應(yīng)用

業(yè)務(wù)基于數(shù)據(jù)資源池與服務(wù)資源池，構(gòu)建基于微服務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用池。這類應(yīng)用主要服務(wù)于公司日常工作的需要，先從集團自身開始、再逐步輻射到集團其他子單位、以及類似行業(yè)的其他企業(yè)需要。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)接入平臺

可連接的工業(yè)設(shè)備種類11 類3 000 個，可連接開關(guān)量的設(shè)備數(shù)10 萬個，可管理的工業(yè)設(shè)備11 類3 000 個，可提供的操作控制功能種類26 類。

平臺是以農(nóng)業(yè)機械智能化為基礎(chǔ)，通過前裝和后裝M2M 智能終端，使農(nóng)業(yè)機械智能化。M2M 智能終端獲取農(nóng)業(yè)機械運行工況、位置等海量數(shù)據(jù)，開展大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化管理和業(yè)務(wù)模式。

2.6 數(shù)據(jù)傳輸、控制平臺

本平臺設(shè)計運營商使用的現(xiàn)代農(nóng)機裝備大數(shù)據(jù)管理平臺、用戶使用的APP、服務(wù)車/站使用的信息終端等多個遠程監(jiān)控終端，設(shè)定不同的權(quán)限獲取現(xiàn)代農(nóng)機裝備的工作狀態(tài)信息及對裝備的遠程操作。其中遠程監(jiān)控平臺、服務(wù)車/站信息終端可批量對裝備進行管理控制，用戶APP 可獲取綁定的裝備信息。

2.7 與用戶和模塊進行綁定

通過現(xiàn)代農(nóng)機裝備大數(shù)據(jù)管理平臺或用戶APP 將用戶的手機號與裝備模塊進行綁定，確保綁定的唯一性，可實時將綁定模塊所在的裝備狀態(tài)信息上傳到智能裝備大數(shù)據(jù)管理平臺、用戶APP、服務(wù)車顯示終端等，也可以進行遠程控制，平臺可向模塊綁定的手機發(fā)送催款、保養(yǎng)等信息。

2.8 定位與圍欄設(shè)定

通過裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊中的北斗定位系統(tǒng)，對現(xiàn)代農(nóng)機裝備進行實時定位，并可以通過現(xiàn)代農(nóng)機裝備大數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)定工作范圍，當(dāng)現(xiàn)代農(nóng)機裝備超出工作范圍時進行報警，另外用戶也可設(shè)定現(xiàn)代農(nóng)機裝備的非法移動距離，保證裝備的停置安全。

2.9 遠程限速、停機控制

現(xiàn)代農(nóng)機裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊接入設(shè)備CAN 總線系統(tǒng)，可根據(jù)智能裝備大數(shù)據(jù)管理平臺發(fā)出的控制指令，對裝備進行限速、停機操作，實現(xiàn)裝備的高效管理控制。

2.10 定位與狀態(tài)采集控制模塊異常處理

現(xiàn)代農(nóng)機裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊無通信信號24 h 后，對現(xiàn)代農(nóng)機裝備執(zhí)行停機操作；模塊被惡意拆除時，無法與裝備電動機通信，立即對裝備執(zhí)行停機操作；模塊供電電量過低時，通過遠程監(jiān)控平臺進行報警。

2.11 工作狀態(tài)信息獲取分析

裝備定位與狀態(tài)采集控制模塊可以將CAN 總線中各種設(shè)備狀態(tài)進行獲取上傳到遠程監(jiān)控中心進行分析處理，實時觀測裝備狀態(tài)，及時進行保養(yǎng)和維修，提高裝備的使用壽命及安全性?？梢栽谘b備上安裝土壤檢測、陀螺儀等傳感器，全方位地獲得作業(yè)環(huán)境信息，對裝備的作業(yè)進行智能化管理[5]。

2.12 故障、銷售、維修等信息分析

在收集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過與銷售、服務(wù)、質(zhì)量等部門的結(jié)合，將裝備相關(guān)的故障、銷售、維修等信息接入智能裝備大數(shù)據(jù)管理平臺，對這些數(shù)據(jù)進行處理和分析，直觀地展示智能裝備的工作狀態(tài)及運營數(shù)據(jù)，為運營商的生產(chǎn)管理提供依據(jù)。

3 預(yù)期解決的問題

3.1 解決智能農(nóng)業(yè)裝備加密通信問題

針對平臺對通信實時性、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、覆蓋范圍等需求，提出協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，規(guī)范基于不同開發(fā)系統(tǒng)、中間件技術(shù)研發(fā)的軟硬件設(shè)施接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交互協(xié)議，最大化效率地進行數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化、調(diào)度、決策等[6]。

3.2 提高工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)資源量和覆蓋范圍

數(shù)據(jù)資源量及覆蓋范圍是互聯(lián)網(wǎng)平臺能力、影響力最直觀的體現(xiàn)[7]。以國內(nèi)農(nóng)業(yè)平臺為例，目前普遍存在著缺乏數(shù)據(jù)量支撐的問題，對于環(huán)境、氣候、土壤等的監(jiān)測也往往是定點式監(jiān)測手段，數(shù)據(jù)的覆蓋范圍也會受到很大限制[8]。而通過本項目的實施，逐步將各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備集成到農(nóng)業(yè)裝備上，在農(nóng)機作業(yè)過程中實時采集動態(tài)數(shù)據(jù)并實時回傳，對于數(shù)據(jù)的全范圍覆蓋及時效性都有著積極的作用，將使得數(shù)據(jù)產(chǎn)生更大的價值。

3.3 填補國內(nèi)智能農(nóng)業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺空白

目前越來越多的企業(yè)、投行、創(chuàng)業(yè)公司將目光聚焦到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)。以農(nóng)業(yè)領(lǐng)域為例，涉農(nóng)創(chuàng)業(yè)公司集中分布在生鮮B2B、電商、服務(wù)、科技、金融、供應(yīng)鏈及土地等幾大行業(yè)，其中電商又分流為生鮮電商、農(nóng)資電商、食品電商等細分賽道。通過項目實施，打造涵蓋技術(shù)、人才、平臺、政策及國際合作等要素互動融合的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，營造創(chuàng)新文化氛圍，發(fā)揮已有各類創(chuàng)新載體的作用，打破單元、組織、區(qū)域和行業(yè)的界限，形成高水平有特色的農(nóng)機協(xié)同創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)平臺，塑造我國制造業(yè)國際競爭新優(yōu)勢[9]。

3.4 打造大數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)型制造新模式

通過智能裝備主動獲取裝備作業(yè)工況、狀態(tài)信息等，通過協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)并進行大數(shù)據(jù)的挖掘分析，使用數(shù)學(xué)模型進行智能診斷、故障預(yù)測及監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)挖掘（成員關(guān)系服務(wù)、地理信息服務(wù)、感知數(shù)據(jù)服務(wù)等）推送至不同角色的終端手機，為公司生態(tài)圈內(nèi)提供一整套“閉環(huán)感知智能信息感知系統(tǒng)”，實現(xiàn)對裝備信息的實時監(jiān)控，讓用戶實時了解相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容信息。如智能裝備發(fā)生故障征兆或觸發(fā)預(yù)警信息等，將主動向用戶發(fā)布告警信息和操作指導(dǎo)，提前防止故障發(fā)生；同時向服務(wù)人員主動發(fā)布派工信息，指導(dǎo)服務(wù)人員對設(shè)備進行預(yù)防性維護，實現(xiàn)“報修-派工”的被動服務(wù)方式向“實時監(jiān)測-在線故障診斷-主動維護”的主動服務(wù)模式轉(zhuǎn)變。通過積累的智能裝備運行數(shù)據(jù)與環(huán)境感知數(shù)據(jù)，針對不同配件構(gòu)建相應(yīng)特征的仿真模型庫，為廠商優(yōu)化整機的設(shè)計提供可靠的依據(jù)[10-11]。

4 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)完成后，將形成面向農(nóng)業(yè)機械行業(yè)上下游全流程應(yīng)用場景的平臺及解決方案，平臺具有30 種以上類型設(shè)備規(guī)模接入能力，具備10 萬臺以上工業(yè)設(shè)備同時在線能力，通過一系列工業(yè)數(shù)據(jù)分析模型、機理模型、計算模塊、可視化仿真分析模型的建立實現(xiàn)海量大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用；通過工業(yè)APP 的推廣和應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、服務(wù)過程的工業(yè)知識經(jīng)驗固化，形成知識共享庫，打造工業(yè)APP。基于平臺所覆蓋的大量用戶，向行業(yè)內(nèi)農(nóng)機行業(yè)制造商、供應(yīng)商、服務(wù)商、農(nóng)機用戶、管理部門開放，圍繞裝備購買、使用、維修、配件供應(yīng)、設(shè)備遠程運維和供應(yīng)鏈協(xié)同等業(yè)務(wù)，以及農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)所需生產(chǎn)資料、科技服務(wù)、融資保險等需求，以農(nóng)機裝備為核心的、為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供核心價值服務(wù)，打造成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備行業(yè)生態(tài)圈。探索新的業(yè)態(tài)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型及經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，助力中小企業(yè)上云上平臺實現(xiàn)數(shù)字化改造，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。